一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法技术

本发明专利技术属于大气污染监测与数值模拟交叉领域，具体涉及一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法。该方法包括：创建研究城市区域的数值模型；根据计算需求，获取风速、风向等气象参数，计算研究区域的流场；获取监测站点所在位置的坐标及仪器对污染物的有效探测阈值，代入伴随概率方法方程组求解，即可计算出该监测站点对于不同释放强度污染源的有效监测覆盖范围。本发明专利技术可根据实际情况，有针对性地、快速、准确地计算出城市空间污染物监测站点的有效覆盖范围，对于监测站点的位置选择和已有站点地监测效果评估具有指导意义，有助于城市空气的治理和改善。于城市空气的治理和改善。于城市空气的治理和改善。

【技术实现步骤摘要】
一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法


[0001]本专利技术属于大气污染监测与数值模拟交叉领域，具体涉及一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法。

技术介绍

[0002]大气污染已成为现代城市面临的严重问题，污染物的不合理排放不但对环境造成影响，同时威胁着居民的健康。地表大气污染监测站点作为最直接的大气环境监测手段，能够获取真实的环境污染信息，它的存在对于城市大气污染源的控制管理以及改善城市空气质量意义重大。污染物监测站的监测范围是一个非常重要的技术指标，关系到能否覆盖潜在的污染源，直接影响到监测站点设置的有效性。如果无法在地理上明确具体的监测范围，将会给大气污染的监测和治理工作带来很大的不确定性。
[0003]然而，现实中在布设大气污染物监测站时往往依靠专家经验或根据仪器参数来定性估计，而不是因地制宜地定量计算监测站的监测范围，再考虑站点的设置位置是否合理。
[0004]类似专利技术如毛子龙专利技术的一种地下水污染监测井监测范围确定方法(申请公布号CN110119534A)，该专利技术采用遍历试错法，假设污染源点的位置，根据溶质运输模型进行正向模拟，以监测点是否能检测到污染物作为该点是否属于监测范围的评价准则。此专利技术代表了一类监测范围的计算方法，这些方法基于质量传递公式或扩散模型，分别得到研究区域内每个可能源点的正向污染分布，若污染的影响范围包括了监测点所在位置，则该假设源点可被监测到，即属于监测范围。此类方法的缺陷在于：遍历试错法地成本很高，需要依次将研究区域的所有位置带入正向运输公式进行验证，若研究区域范围较大，则需要耗费大量的计算时间。
[0005]因此，针对上述问题，本专利技术提出一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法。此方法能够结合探测器对污染物的实际感应阈值和监测站点所在位置的气象条件，快速准确的计算出城市空间污染物监测站点对于不同释放强度污染源的有效覆盖范围。本专利技术可根据实际情况，有针对性地、快速、准确地计算出城市空间污染物监测站点的有效覆盖范围，对于监测站点的位置选择和已有站点地监测效果评估具有指导意义，有助于城市空气的治理和改善。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于指导城市污染物监测站点的设置位置和对现有监测站点检测效果进行评估，以及解决专利(申请公布号CN110119534A)所述监测范围计算方法费时费力的问题。提出一种结合实际情况的，基于伴随概率方法的污染物监测站点有效覆盖范围的计算方法
[0007]为解决以上问题，本专利技术提出
[0008]一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法，步骤如下：
[0009]第一步，创建研究城市区域的数值模型；
[0010]第二步，根据计算需求，从气象监测站处获取风速、风向数据，作为速度入口边界条件，使用计算流体力学求解纳维斯托克斯方程，计算研究区域的流场；
[0011]第三步，获取监测站点所在位置的坐标及探测到的污染物浓度值，记为(P,C)，代入污染物传播方程的伴随方程：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中ψ*为位置的伴随概率因子，为探测区域位置矢量，为测点位置矢量，C表示污染物浓度，u
j
为x
j
轴方向上的速度,v
c，j
表示污染物C在x
j
方向上的湍流扩散系数，q0为污染物负源的单位体积流量，Γ1,、Γ2和Γ3为边界条件，n
i
为x
i
轴方向的单位矢量。为负荷项，其表达式如下：
[0019][0020]由此可以求得单位污染源强度时，导致监测站点有响应的污染源位置的分布概率将代入表征监测站探测到的污染物浓度数据所对应的不同强度污染物源(M)的位置分布概率密度公式染物源(M)的位置分布概率密度公式的分布形式一般符合正态分布：
[0021][0022]其中σ
ε
为综合误差，包括仪器的测量误差和计算模型误差，可设为20％。将此方法应用于实际案例时，研究人员可以根据仪器的实际情况调整该系数。
[0023]求解方程(1-3)即可确定不同污染源释放强度对应的潜在污染源位置的伴随概率分布，概率最大的位置就是响应监测站数值对应的污染物源最可能存在的位置，监测站有效探测浓度值的下限值对应的污染源概率最大的位置围成的范围即为监测站在该源强条件下的监测范围。比如监测站测点能够准确测定的污染物浓度阈值为C1至C2，对于十万吨级排放企业，此监测站点的有效监测范围即为M＝108kg/a所计算出的范围。由此，可根据待监测区域工厂排放等级、监测仪器的有效探测阈值和主导风向风速确定监测站点的位置，做到对待监测企业的有效监测。
[0024]以上步骤的排序根据实际情况可做调整，调整顺序后的寻源过程也应在本专利保护范围内。
[0025]作为本专利技术的一种优选技术方案，第二步所述的，根据计算需求，获取风速、风向等气象参数。这里计算需求指某指定气象条件，比如，要计算监测站在夏季的有效监测范围，则使用该地夏季主导风速和风向进行计算；要计算监测站在某日某时段有效监测范围，则使用该时段平均风速和风向进行计算等。
[0026]作为本专利技术的一种优选技术方案，第三步所述的，监测站有效探测浓度值的下限值对应的污染源概率最大的位置围成的范围即为监测站在该源强条件下的监测范围。这里的有效探测浓度值的下限值指的是监测站仪器能够准确测定的污染物浓度最小值，源强条件指的是排放等级。比如监测站仪器能够准确测定的污染物浓度阈值为C1至C2，对于十万吨级排放企业，此监测站点的有效监测范围即为M＝108kg/a所计算出的范围。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术计算时根据监测站点所在位置的气象条件，在模拟计算中更大的还原了实际流场和污染物传递的情况；结合探测器对污染物的有效探测阈值，只需进行一次逆向求解即可获得监测范围，避免了以往方法在计算上的复杂性；可根据实际情况，得到不同释放强度的污染源的有效覆盖范围。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的一种污染物监测站点有效覆盖范围计算方法的流程示意图。
[0030]图2为本专利技术实施例提供的一个不同季节污染物影响范围分布图。
[0031]图3为本专利技术实施例提供的一个不同季节污染源伴随位置概率分布分布图。
[0032]图4为本专利技术实施例提供的一个不同季节污染物监测站监测范围示意图。
[0033]具体实施方法
[0034]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0035]参见图1，为污染物监测站点有效覆盖范围计算方法的流程示意图。本专利技术针对研究对象建模，根据需求借助计算流体力学对城市空间的流场和污染物场进行逆向模拟计算，再使用伴随方法通过求解质量传递方程的伴随方程，然后依据监测站点所在位置的坐标及仪器对污染物的有效探测阈值，结合概率理论求取指定强度的污染物源位置在整个空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污染物监测站点有效覆盖范围的逆向计算方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，创建研究城市区域的数值模型；第二步，根据计算需求，从气象监测站处获取风速、风向数据，作为速度入口边界条件，使用计算流体力学求解纳维斯托克斯方程，计算研究区域的流场；第三步，获取监测站点所在位置的坐标及探测到的污染物浓度值，记为(P,C)，代入污染物传播方程的伴随方程：染物传播方程的伴随方程：染物传播方程的伴随方程：染物传播方程的伴随方程：染物传播方程的伴随方程：染物传播方程的伴随方程：其中ψ*为位置的伴随概率因子，为探测区域位置矢量，为测点位置矢量，C表示污染物浓度，u
j
为x
j
轴方向上的速度,v
c，j
表示污染物C在x
j
方向上的湍流扩散系数，q0为污染物负源的单位体积流量，Γ1,、Γ...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛雨，顾钦子，王祎，郑情文，葛凡，翟志强，
申请(专利权)人：壹旗科技深圳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：